Innovatiewe Oplossings van Tree Spanningsreguleerders in Kragverspreidingsisteme

1 Uitvoerlike opsomming​

​Spanningsbestuurprobleme in moderne verspreidingsnetwerke:​​

• Langafstandvoeders wat spanningsdaling veroorsaak;
• Integrering van verdeelde energiebronne (DER) wat tot tweerigtingkragtoevloei lei;
• Lastfluktuasies wat gereelde spanningsvariasies veroorsaak.

​Tegniese kenmerke van Trapspanningsreguleerders (TSRs):​​

• Gebruik van tap-veranderende tegnologie om die transformerwindingverhouding te verander, met 'n ±10% spanningsaanpassingsbereik (gewoonlik in 32 stappe, 0.625% per stap);
• Kernvoordele lê in real-time dinamiese aanpasvermoë gekombineer met verskeie beheerstrategieë, wat buigsame spanningondersteuning vir die verspreidingsnetwerk bied.

​Tegnologie-evolusietendense:​​

• Evolveer van basiese meganiese tapskakelaars na geïntegreerde stelsels wat krag-elektronika, aanpasbare beheeralgoritmes en intelligente kommunikasie-modules insluit;
• Voorbeeld: Die ABB SPAU341C integreer Lynvalkompsasie (LDC)-funksionaliteit, wat lynimpedansiekarakteristieke simuleer vir akkurate spanningbeheer by afgeleë lastpunte;
• Gebruik van magneetgehoude relais en TRIACs verminder toerustingverliese en voetspoor, wat implementasiebuigsheid en koste-effektiwiteit verhoog.

​2 Tegniese beginsel & struktuur​

​Kernspanningsreguleringsmekanisme:​​

• Bereik spanningsregulering deur die transformerwindingverhouding te verander, wat op die tap-veranderende tegnologie van Onderlaai Tap Veranderders (OLTCs) berus.

​Geslote-lus terugvoerbeheerproses:​​

1. Spanningstransformateurs verkry kontynu sisteemspanningsignale;
2. Foutsignale word gegenereer deur verkryde waardes met ingestelde verwysingwaardes te vergelyk;
3. Die beheereenheid besluit tapveranderingrigting (verhoog/verlaag) en stapgrootte gebaseer op die foutsignaal.

​Belangrike tegniese parameters van moderne TSRs:​​

• Neem die SPAU341C as voorbeeld: Ondersteun fyn spanningsaanpassingsstappe van 0.625%, wat 32-stap presiese spanningsregulering binne 'n ±10% bereik moontlik maak.

​2.1 Kernkomponente​

• ​Onderlaai Tap Veranderder (OLTC):​​ Die kernaktuator van die reguleerder, wat vakuumonderbrekers gebruik om booggeweld te verminder. Oorgangsweders verseker stroomkontinuïteit tydens skakeling, wat lastvoorsieningsonderbreking verhoed. Moderne ontwerpe gebruik dubbelweders oorgangstegnologie, wat skakeltye tot 40-60 millisekondes verlaag.
• ​Beheereenheid:​​ Gebou op hoevervaardigend mikroprosesseurs (ARM/DSP), wat verskeie beheerstrategieë integreer. Die ABB SPAU341C neem 'n modulêre argitektuur aan, wat bestaan uit verbindingsmodule, I/O-module en 'n outomatiese spanningsreguleringmodule, wat kontinue self-monitering ondersteun vir real-time hardeware en sagteware diagnostiek.
• ​Meting en Beskerming Eenheid:​​ Spanning/Stroomtransformateurs (bv. PT1, PT2, TA1) verkry kontynu sisteempremeters. Eenheide is toegerus met driefase oorkoelstroom- en onderspanningsblokkeerfunksies. Wanneer 'n kortsluit of ernstige spanningdaling gedeteer word, word tap-veranderingoperasies onmiddellik geblokkeer om toerustingbeskadiging te verhoed.
• ​Kommunikasie en Bedryfsgrensvlak:​​ Ondersteun Ethernet, GPRS en ander kommunikasieprotokolle vir afstandsmonitering en parameterinstelling. Die vertoonmodule gee 'n plaaslike bedryfsgrensvlak, wat sleutelparameters soos instelwaardes en gemeet waardes in real-time wys.

​2.2 Belangrike operasionele kenmerke​

​3 Toepassingsoplossings in verspreidingsisteme-ontwerp​

​3.1 Tipiese toepassingscenario's​

• ​Lange radiale voeders:​​ 'n Klassieke TSR-toepassing. In landelike verspreidingsnetwerke strek 10kV-lyne dikwels oor 15km, wat ernstige spanningafwyking by die voeder-einde veroorsaak. Deur TSRs mid-lyn of by die voeder-einde te implanteer, word spanningsdaling effektief kompanseer. Ingenieurspraktyke wys dat 'n enkele TSR die voederstraal met 30% kan verleng, die spanningsooreenkomsgraad by die voeder-einde van onder 70% na oor 98% verbeter, en die koste van lynopgradering betekenisvol verminder.
• ​Hogedigtheidstedelike verspreidingsnetwerke:​​ Geplaas voor lastfluktuasies en spanningmisfit. TSRs word tipies by substation-uitlate of ringmain-eenheid (RMU) knope geïmplanteer. In 'n stedelike kommersiële distrik se herstelprojek het die implanteer van TSRs by 4 kruispunte piekure-spanningsfluktuasies van ±8% tot ±2% verminder, terwyl tesame met reaktiewe kragoptimering lynverliese met 12% verminder is.
• ​Hoog DER-doordringende areas:​​ Vereis die bestuur van tweerigtingkragtoevloei-uitdagings. Wanneer PV-doordringing 30% oorskry, ervaar tradisionele verspreidingsnetwerke dikwels spanningsoortredings. TSRs pas outomaties beheerlogika aan via 'n omgekeerde kragmodus, wat aktief spanning verlaag tydens periodes van oorgrote generasie. 'n PV-demo projek wat gekoördineerde beheer tussen TSRs en PV-inverters gebruik, het die plaaslike PV-gastegedragingskapasiteit met 25% verhoog en inkortingskoers met 18% verminder.

​3.2 Beheerstrategie-optimering​

• ​Spanning-Reaktiewe Optimering (SRO):​​ Koördineer TSRs met parallelkapasiteitsbankke om sisteemverliese te minimeer.
• ​Multi-stadium gekoördineerde beheer:​​ Vir kaskade-implantings van meerdere TSRs in komplekse netwerke, moet beheerkonflikte vermy word. Die Tydsvertrag Koördinasie Metode is die mees praktiese oplossing - stel die bo-TSR se vertrag (gewoonlik 30-60 sekondes) ten minste dubbel die onder-TSR se vertrag. By die deteksie van 'n spanningsoortreding, handel die onder-TSR eers. As die probleem nadat sy vertragvenster oorloop, interveer dan die bo-TSR. Hierdie benadering verminder onnodige tap-operasies (tot 40%) terwyl spanningstabiliteit behou word.
• ​Aanpasbare beheerstrategieë:​​ Moderne TSRs (bv. SPAU341C) sluit selfleer-algoritmes in om spanningaanpassingsbehoeftes te voorspel gebaseer op historiese lastprofiel. Die stelsel pas outomaties tapposisies voor tydens periodes van soortgelyke daaglikse lastpatrone (bv. oggendpiek), wat spanningaanpassingsreaksie-tye van minute tot sekondes verminder. Hierdie strategie is spesifiek geskik vir PV-uitsetfluktuasies of scenario's met gekonsentreerde elektriese voertuig (EV) laai.

​3.3 Scenario-seleksiematriks​

​4 Prestasieoptimering & innovatiewe tegnologieë​

​Verliesreduksietegnologie:​​

Hibriedskakeltegnologie is 'n kerninnovasie om TSR-verliese te minimeer. Tradisionele meganiese tapveranderders ly teen kontakweerstand in die tiental mΩ en beduidende booggeweldverliese. Die moderne oplossing gebruik 'n hibriedstruktuur van Magneetgehoude Relais en Rug-aan-rug Thyristors:

• ​Stasionêre geleiding:​​ Gehandhaaf deur die Magneetgehoude Relais (kontakweerstand <1mΩ)
• ​Oorgangsmoment:​​ Die Rug-aan-rug Thyristor verskaf 'n stroompad (trigger tyd <2μs)
• ​Ná-skakel stasionêre toestand:​​ Meganiese kontakke sluit weer, halwegeurtoestande sluit af.
  Hierdie ontwerp verminder skakelverliese met 80%, verklein toerustingvolume met 40%, bereik boogvrye skakeling, en verleng toerustinglewen. Aktuele bedryfsdata wys dat hibriedskakel TSRs 55% laer jaarlikse onderhoudskoste het in vergelyking met tradisionele modelle.

​Topologie-innovasie​ dra ook beduidend by. Die Geskatte Spanningsreguleerder neem 'n hibriedstruktuur met 'n reeks-transformator en parallelkapasiteit, wat drie opsionele bedryfsmodes bied:

1. ​Gelykstaande Reeks-kompensasie Modus:​​ Teiken spanningverhoging by die einde van lange lyne.
2. ​Spanning-Reaktiewe Aanpassingsmodus:​​ Koördineer spanning en reaktiewe kragoptimering.
3. ​Reine Spanningsreguleringsmodus:​​ Moontlike vinnige reaksie op spanningdalkings.
   Hierdie ontwerp verminder sisteemverliese met 15-20% by dieselfde kapasiteit terwyl dit fout-durigheidkapasiteit verbeter.

​5 Toepassingsgevalle & praktykervaring​

​5.1 Spanningsverhoging op landelike langafstandvoeder​

• ​Projek-agtergrond:​​ 'n 28km 10kV voeder in 'n berggebied wat verspreide lasse voorsien. Eindspanning tydens piekure was 8.7kV (benee standaard ondergrens: 9.7kV), wat nie die kragvereistes vir besproeiingspompe voldeed nie. Tradisionele oplossings vereis 'n nuwe substation teen 'n koste van meer as ¥8 miljoen.
• ​Oplossing:​​ Twee ABB SPAU341C reguleerders geïmplanteer in reeks by die 12km en 22km punte, wat 'n Meester-Slaaf koördinasiestrategie gebruik.
• Toerustingkonfigurasie: Elke TSR: 800kVA, ±15% bereik, LDC-geaktiveer.
• Beheerstrategie: Meesterstasie (22km) vertrag: 60 sekondes; Slaafstasie (12km) vertrag: 30 sekondes.
• Kompensasieparameters: Virtuele R = 0.32Ω, X = 0.45Ω (simulasie van lynimpedansie).
• ​Uitkoms:​​
• Eindspanning gestabiliseer by 9.8-10.2kV; ooreenkomsgraad verhoog van 61% na 99.6%.
• Onvoldoende starttorque-probleem vir pompe tydens besproeiingsseisoen pieklast volledig elimineer.
• Totale investering: ¥1.8 miljoen (77.5% kostevermindering in vergelyking met nuwe substation).
• Jaarlikse energieverliesvermindering: ~150 MWh, wat ooreenstem met energiekostebesparings van ~¥120,000.

​5.2 Kragkwaliteitverbetering in stedelike hogedigtheidarea​

• ​Projek-agtergrond:​​ Binne 'n stedelike RMU se voorsieningsarea het geklusterde kommersiële komplekse en EV-laaisentra spanningsfluktuasies van ±8% veroorsaak. Transformer-belasting het 130% tydens piekure bereik.
• ​Oplossing:​​ Implementering van 'n TSR + Dinamiese Reaktiewe Krag (DRK) stelsel by die RMU-ingang.
• Toerustingkeuse: SPAU341C Reguleerder (1250kVA) met ±200kVar DRK.
• Beheerargitektuur: SRO koördinasie-beheerder wat elke 5 minute gelyktydige optimering uitvoer.
• Voorspellingsalgoritme: Dieplereg-op-grondslag-lastvoorspelling (akkuraatheid >92%).
• ​Uitkoms:​​
• Spanningsfluktuasie beheer binne ±2% (ooreenkomstig met IEEE 519).
• Transformer-belasting verlaag na 85%, wat 30% kapasiteit vrygestel.
• Komprehensiewe lynverliese verminder van 7.8% na 6.2%, wat jaarlikse besparings van ~¥80,000 lewer.
• Laaisentrum-foutkoers verminder met 40%; gebruikerklagte verminder met 90%.